Spectrum Crunch, der ikke var

Små sendere, spektrumdeling og nye informationskodningsteknologier lover at holde den trådløse datakapacitet stigende i årevis. Ved

• David Talbot arkiv side

26. november 2012

Tag et kig rundt på den næste boldkamp eller koncert, du deltager i. Du vil se tusindvis af fans tage billeder og videoer og e-maile dem til venner. Disse hære af smartphone-ejere – og deres tablet-toting-brødre – bidrager til en slående stigning i trådløst dataforbrug: Cisco Systems anslår, at mobildatatrafik vil vokse med en faktor 18 i 2016, og Bell Labs forudser, at den vil stige med en faktor på 25. Intuitivt er der et problem: alle disse billeder og videoer går over æteren. Alligevel er kun nogle få sektioner eller bånd i spektret af radiofrekvenser tilgængelige for de trådløse operatører, som betalte milliarder af dollars for dem. Langt flere frekvenser er reserveret til andre formål, fra tv og radio til luftfart og militære applikationer. Datatrafikken vokser så hurtigt, at udbydere har pålagt forbrugslofter og hævet priser. Disse to grundlæggende realiteter - eksploderende databrug på den ene side, begrænsede spektrumbånd på den anden - må betyde, at vi snart løber tør for æteren til vores gadgets, ikke?

For bare to år siden foreslog formanden for U.S. Federal Communications Commission, Julius Genachowski, det samme. Han sagde, at den amerikanske trådløse industri havde desperat brug for at få fingrene i underudnyttede dele af det spektrum, der kontrolleres af offentlige myndigheder eller tv-stationer. Ellers ville trådløse virksomheder opleve, at efterspørgslen efter deres tjenester ville overgå deres evne til at levere dem. Hvis vi ikke gør noget i lyset af den truende spektrumknas, vil mange forbrugere stå over for højere priser, da markedet er tvunget til at reagere på udbud og efterspørgsel, erklærede han. På samme måde sagde en AT&T-direktør, Jim Cicconi, at behovet for mere spektrum er et brancheomspændende problem og et problem.

Denne historie var en del af vores januar 2013-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Men disse påstande var for tidlige. For det første ville spektrumknaser - brug af mobiltelefoner, der overvælder de tilgængelige trådløse frekvenser - forekomme på meget specifikke steder og tidspunkter. Nogle gange kan alternative strategier fuldstændig løse disse lokaliserede problemer.

Se dig omkring på det stadion, for eksempel, og du vil sandsynligvis finde kasser i mælkekartonstørrelse gemt væk i spærene. Disse er kortrækkende Wi-Fi-modtagere, der fungerer på ulicenserede dele af radiospektret. Din telefon kan sende data gennem dem i stedet for på langtrækkende mobiltelefonfrekvenser. Wi-Fi-boksene opsuger alle de data, du sender, og dirigerer dem ud af stadion via en kablet internetforbindelse. Så de data, der sendes af dig og næsten alle andre på stadion, rører ikke det dyrebare spektrum, som de trådløse operatører hævder, er ved at løbe tør. Det smarte trick er blot et eksempel på de nye strategier og teknologier, der kan bringes i anvendelse.

Ting gennemgået

• Rapport til præsidenten: Realisering af det fulde potentiale af regeringsholdt spektrum til at fremme økonomisk vækst

• Præsidentens råd for videnskab og teknologi

• juli 2012

Hele spektrumsystemet styres ineffektivt. En nylig rådgivende rapport til Det Hvide Hus gjorde det klart nok, og den understregede, at deling af trådløse frekvenser bredere – i stedet for at uddele hvert bånd til et begrænset antal brugere – kunne øge den trådløse kapacitet med en faktor tusinder. For eksempel går mange dele af æteren, der er reserveret til tv-stationer og føderale agenturer, ubrugte. Det skyldes blandt andet, at nogle regioner kun har tre lokale tv-kanaler, og ingen har brug for det resterende spektrum afsat til tv-udsendelser. Eller et militært våbensystem, der sluger spektrum i San Diego, bruger lidt eller ingen i New York. Vi har ikke så meget spektrumskrit, som vi har et spektrumpolitisk knas, siger David Tennenhouse, Microsofts vicepræsident for teknologipolitik og tidligere MIT-professor og Intel-direktør. Den såkaldte 'spektrumknas' afspejler virkelig kunstig spektrumknaphed.

For at dokumentere denne kunstige knaphed mere præcist har hans firma lanceret et projekt, kaldet Microsoft Spectrum Observatory, for at måle, hvor og hvornår bånd af radiofrekvenser rent faktisk bliver brugt, startende i Washington, D.C., Seattle og Redmond, Washington. Tennenhouse håber, at det er det første skridt i en langt bredere dataindsamlingsindsats, der fører til smartere spektrumregler. Han peger på den løbske succes med Wi-Fi, som kun dækker korte afstande og fungerer på åbne, ulicenserede frekvenser, tilføjer han. Udfordringen er nu at udvide disse dokumenterede succeser for at muliggøre bredere bredbåndsadgang ved at bruge andre underudnyttede dele af spektret.

Nogle tidlige bestræbelser på frekvensdeling er begyndt. For eksempel kan nogle tv-kanaler, der ikke bruges i et givet geografisk område, kaldet hvide områder, nu bruges af andre enheder. Og i december anbefalede FCC, at forskere og virksomheder fik adgang til frekvenser, der er reserveret til radarsystemer.

Mange flere luftbølger kunne i sidste ende deles ved hjælp af kognitive radioer, som registrerer tilgængelige frekvenser og skifter mellem dem på millisekunder for at undgå interferens med andre enheder. Nogle af de første udendørs test er undervejs på University of Colorado. Grupper andre steder, herunder Virginia Tech, University of California, Berkeley og Rutgers, arbejder også på teknologien. Men i det mindste for nu tillader stive regler ikke udbredt brug af fleksible teknologier som kognitiv radio.

Det er ikke sådan, at hele emnet for et spektrum knas er en rød sild. Radiofrekvenser er en begrænset ressource, og nogle bånd er ikke velegnede til langdistancekommunikation. Trådløse operatører kan ikke uendeligt installere nye basestationer, disse tårne ​​oven på kontorbygninger eller bjergskråninger (nogle gange forklædt som træer), fordi signalerne til sidst ville forstyrre dem fra andre stationer. Men sendere og modtagere med kortere rækkevidde, der bruger dedikerede cellulære frekvenser - kaldet små celler - kan allerede udfylde huller i dækningen. Den mindste af disse, kaldet femtoceller, kan være så billige som $200 og give klar service i hjem og kontorer, mens de holder belastningen fra store basestationer, ligesom de der Wi-Fi-gadgets i stadionspærene. Små celler er det hotteste i den trådløse industri lige nu, siger Jeff Reed, direktør for det trådløse forskningslaboratorium hos Virginia Tech.

John Donovan, en AT&T executive vice president, sagde i efteråret, at mens virksomheden havde købt yderligere spektrumrettigheder og ville have flere, var den umiddelbare krise passeret, og at halvdelen af ​​den nye efterspørgsel frem til 2015 ville blive håndteret af små celler. Sådanne teknologier er dukket op langt stærkere end forventet. Hvis du kiggede for et par år siden, ville du sige, at vi ville være ude af spektret nu, siger Vanu Bose, grundlægger af Vanu, et trådløst kommunikationsfirma i Cambridge, Massachusetts. Bose var sammen med Reed en teknisk rådgiver i Det Hvide Hus-rapport. Der er masser af måder at tilfredsstille efterspørgslen på, siger han. Tilføjelse af spektrum [til kommercielle tjenester] er bestemt en af ​​dem, og det samme er små celler, alternative aflastningsteknologier og innovationer, vi ikke engang har tænkt over endnu.

I sidste ende kan nye teknologier frigøre luftbølger ved at få trådløse dataoverførsler til at ske meget hurtigere. For eksempel har MIT-forskere vist, at det er muligt at reducere mængden af ​​frem-og-tilbage-kommunikation, der kræves for at håndtere tabte datapakker. Selvom teknikken kan være et par år fra at blive implementeret bredt, viser laboratoriedemonstrationer, at den kan øge kapaciteten tidoblet. Det betyder, at du kan downloade din video 10 gange hurtigere, end du gør nu, hvilket frigør netværket meget hurtigere, så andre kan bruge det.

Så kan ny teknologi afværge en spektrummangel for altid? Måske ikke, men Microsofts Tennenhouse siger, at årtiers forskningsfremskridt venter på at blive anvendt på problemet: Lige nu har vi et 15- til 20-årigt efterslæb af nye teknologier og arkitekturer ... som kan tage os et stykke ind i fremtiden .

Denne historie blev opdateret den 2. januar 2013.

skjule